兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8): 240081-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0081
收稿日期:
2024-01-26
上线日期:
2025-08-28
通讯作者:
基金资助:
LIU Hui1,2, LI Mingyi1, HAN Lijin1,2,*(), LIU Baoshuai1
Received:
2024-01-26
Online:
2025-08-28
摘要:
针对暗环境动态特征轮廓模糊、盲区遮挡情况,高效准确地检测跟踪动态目标特征,对灾害救援、搜寻跟踪具有实际意义。为实现暗环境下模糊轮廓特征的有效检测跟踪,提出一种时空关联机制的红外目标实时检测深度学习网络(Spatial Local Dynamic You Only Look Once Version 8,SLD-YOLOv8),设计非局部自适应Non-local模块和空间通道卷积关联模块,对原YOLOv8网络的瓶颈层Bottleneck CSP进行优化。为有效提取深层空间多尺度表征信息,增加用于小目标检测的160×160检测层和动态检测头,较好地提升暗环境中目标跟踪的边界回归性能,并实时有效地推理出目标特征的相对深度位置信息。实验结果表明,改进后的红外目标检测算法对暗环境下的动态特征检测具有较好的鲁棒性和准确性,其平均精度评估指标mAP_0.5和mAP_0.5:0.95比原模型提高了5.6%和4.5%,证明了新算法对暗环境目标跟踪的有效性。
刘辉, 李明益, 韩立金, 刘宝帅. 暗环境下红外目标检测跟踪方法研究[J]. 兵工学报, 2025, 46(8): 240081-.
LIU Hui, LI Mingyi, HAN Lijin, LIU Baoshuai. Research on Infrared Target Detection and Tracking in Dark Environments[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(8): 240081-.
真实情况 | 预测情况 | |
---|---|---|
正例 | 反例 | |
正例 | TP(真正例) | FN(假反例) |
反例 | FP(假正例) | TN(真反例) |
表1 正负样本关系
Table 1 The relationship of positive and negative samples
真实情况 | 预测情况 | |
---|---|---|
正例 | 反例 | |
正例 | TP(真正例) | FN(假反例) |
反例 | FP(假正例) | TN(真反例) |
图14 模型输出坐标信息结果(左为实时检测, 右为检测坐标)
Fig.14 Results of the model outputting the coordinate information (Left:real-time detection,Right:detected coordinates)
模型 | P/% | R/% | mAP_0.5/% | 推理时 间/ms | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
B | SC | NL | Dy | ||||
P P | P | 80.4 | 74.6 | 78.6 | 7.6 | ||
82.6 | 77.8 | 82.5 | 7.8 | ||||
P | P | 81.8 | 75.3 | 78.5 | 9.4 | ||
P | P | 81.7 | 76.4 | 79.6 | 6.8 | ||
P | P | P | 83.7 | 79.5 | 82.4 | 8.7 | |
P | P | P | P | 85.3 | 80.7 | 83.7 | 7.5 |
表2 模型消融对比实验
Table 2 Ablation comparison experiment of models
模型 | P/% | R/% | mAP_0.5/% | 推理时 间/ms | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
B | SC | NL | Dy | ||||
P P | P | 80.4 | 74.6 | 78.6 | 7.6 | ||
82.6 | 77.8 | 82.5 | 7.8 | ||||
P | P | 81.8 | 75.3 | 78.5 | 9.4 | ||
P | P | 81.7 | 76.4 | 79.6 | 6.8 | ||
P | P | P | 83.7 | 79.5 | 82.4 | 8.7 | |
P | P | P | P | 85.3 | 80.7 | 83.7 | 7.5 |
方法 | 主干网络 | mAP_0.5/% | mAP_0.5:0.95/% | 推理时间/ms | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
D1 | D2 | D1 | D2 | D1 | D2 | ||
DETR[ | ResNet-101 | 76.4 | 80.4 | 56.4 | 62.2 | 17.6 | 42.4 |
Deformable DETR[ | ResNet-101 | 77.3 | 78.6 | 56.3 | 61.8 | 15.8 | 40.6 |
FasterR-CNN[ | ResNet-101 | 72.8 | 74.5 | 50.9 | 59.6 | 23.3 | 38.2 |
ATSS[ | ResNet-101 | 76.9 | 78.2 | 56.9 | 60.5 | 16.4 | 46.3 |
YOLOv8n | CSPDarknet53 | 78.9 | 81.7 | 58.1 | 62.8 | 8.3 | 21.9 |
YOLOv8s | CSPDarknet53 | 79.4 | 82.2 | 59.4 | 64.7 | 9.1 | 24.6 |
YOLOv8m | CSPDarknet53 | 80.3 | 84.4 | 60.3 | 66.3 | 9.5 | 32.7 |
YOLOv8l | CSPDarknet53 | 83.4 | 85.3 | 61.2 | 67.2 | 12.8 | 36.8 |
YOLOv8x | CSPDarknet53 | 85.7 | 88.3 | 63.8 | 68.7 | 17.4 | 39.6 |
SLD-YOLOv8n | Modified CSP | 84.5 | 85.3 | 62.6 | 66.8 | 7.8 | 15.2 |
SLD-YOLOv8s | Modified CSP | 84.9 | 85.9 | 62.7 | 67.5 | 8.4 | 16.8 |
SLD-YOLOv8m | Modified CSP | 85.4 | 87.4 | 63.7 | 68.1 | 8.6 | 19.4 |
SLD-YOLOv8l | Modified CSP | 88.3 | 89.6 | 65.4 | 70.4 | 10.7 | 23.7 |
SLD-YOLOv8x | Modified CSP | 91.1 | 92.7 | 70.8 | 71.3 | 15.4 | 30.2 |
表3 模型定量评估实验
Table 3 Quantitative evaluation of model experimental results
方法 | 主干网络 | mAP_0.5/% | mAP_0.5:0.95/% | 推理时间/ms | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
D1 | D2 | D1 | D2 | D1 | D2 | ||
DETR[ | ResNet-101 | 76.4 | 80.4 | 56.4 | 62.2 | 17.6 | 42.4 |
Deformable DETR[ | ResNet-101 | 77.3 | 78.6 | 56.3 | 61.8 | 15.8 | 40.6 |
FasterR-CNN[ | ResNet-101 | 72.8 | 74.5 | 50.9 | 59.6 | 23.3 | 38.2 |
ATSS[ | ResNet-101 | 76.9 | 78.2 | 56.9 | 60.5 | 16.4 | 46.3 |
YOLOv8n | CSPDarknet53 | 78.9 | 81.7 | 58.1 | 62.8 | 8.3 | 21.9 |
YOLOv8s | CSPDarknet53 | 79.4 | 82.2 | 59.4 | 64.7 | 9.1 | 24.6 |
YOLOv8m | CSPDarknet53 | 80.3 | 84.4 | 60.3 | 66.3 | 9.5 | 32.7 |
YOLOv8l | CSPDarknet53 | 83.4 | 85.3 | 61.2 | 67.2 | 12.8 | 36.8 |
YOLOv8x | CSPDarknet53 | 85.7 | 88.3 | 63.8 | 68.7 | 17.4 | 39.6 |
SLD-YOLOv8n | Modified CSP | 84.5 | 85.3 | 62.6 | 66.8 | 7.8 | 15.2 |
SLD-YOLOv8s | Modified CSP | 84.9 | 85.9 | 62.7 | 67.5 | 8.4 | 16.8 |
SLD-YOLOv8m | Modified CSP | 85.4 | 87.4 | 63.7 | 68.1 | 8.6 | 19.4 |
SLD-YOLOv8l | Modified CSP | 88.3 | 89.6 | 65.4 | 70.4 | 10.7 | 23.7 |
SLD-YOLOv8x | Modified CSP | 91.1 | 92.7 | 70.8 | 71.3 | 15.4 | 30.2 |
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doi: 10.12382/bgxb.2022.0605 |
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